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C語言既有高級語言的各種特點，又可對硬件進行操作，并對進行結構化程序設計，用C語言編寫的程序較容易移植，它們可生成簡潔可靠的目標代碼，在代碼效率和代碼執行速度上完全可以和匯編媲美。采用C語言進行單片機編程是嵌入式程序設計的發展趨勢。但是，在嵌入式控制等領域，經常需要控制某一個二進制位，然而除了Keil C51等C環境外，很多單片機C環境都沒有擴充對位變量定義的關鍵字，甚至單片機本身的硬件上也沒有對單個位操作的匯編指令，這使得已習慣MCS－51內核單片機Keil C51編程的用戶都為其C環境不能對位變量進行位操作而煩惱。 1 用“讀－修改－寫”方法實現對單個位的位操作 ANSIC中，一般采用“讀－修改－寫”的方法實現單個位的位操作，通過與0“與”操作，將某一位清0。如使i變量的b0位為0，實現方法為i＝i＆0xfe。通過與1“或”操作，將某一位置1。如使i變量的b0位為1，實現方法為i＝i|0x01。通過與1“異或”操作，將某一位取反。如使i變量的b0位取反，實現方法為i＝i^0x01。 注意：錯誤“讀－修改－寫”方法時不要影響其他位，即某位清零時，其他位與1“與”；某位置1時，其他位與0“或”；取反時，其他位與0“異或”。 為了方便程序設計和增加程序可讀性，很多程序員喜歡采用下面的移位方式實現單個位的位操作，語句簡練，可讀性強，比如在某單片機的B口連接1個發光二極管，其點亮操作方法如下： ＃define bit（x） （1＜＜（x）） ＃define LED 2 使用方法如下： PORTB|＝bit（LED）；//將PORTB第3位置1,點 //亮連接在I/O口的LED 該方式下，程序運行時會增加移位操作，生成的代碼較大，而且執行時間長，實時性差，一些C環境按如下方式直接定義位，則生成的代碼就不會有移位操作： 2 通過位域的方法實現位操作 標準C提供了一種基于結構體的數據結構－－位域（BitField），位域就是把一個存儲單元中的二進制劃分為幾個不同的區域。并說明每個區域的位數。每一個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作，位域的定義格式如下： struct 位域結構名{ 位域列表 }； 位域列表格式為：類型說明符 位域名：位域長度如： struct k{ unsigned int a：1 unsigned int ：2 unsigned int b：3 unsigned int ：0 //空域 }k1； 說明： 1）各位依次從低位到高位排列，排滿一個存儲單元，按地址接著排下一單元； 2）位域可以無域名，但不能被引用，如第二域，這時其只用來填充或調整位置； 3）第四行稱空域，目的是將目前存儲單元的剩余部分分為一個域，且填充0。 位域的引用很簡單，如： k1.a＝1； //置k1的b0位為1 k1.b＝7； //將k1的b3－5位置111 通過位域定義位變量，是實現單個位位操作的重要途徑和方法，采用位域定義位變量，產生的代碼緊湊、高效。定義的方法如下： 通過位域定義位，再通過宏進行定義，可以方便地將Keil C 51等程序移植到其他C編譯器，從而不再為沒有位操作而苦惱。 對一個單片機的所有I/O口，通過將位域結構指定到I/O端口地址，I/O口便都可以采用位域進行宏定義，這樣，操作I/O口就可以像Keil C51編程一樣方便。 3 基于位域實現位操作應用舉例 很多單片機沒有硬件的SPI，而很多板級外圍器件為SPI接口，而且某些外圍器件不是標準的SPI，即通信的總二進制位數不是8的整數倍，這里編制一個例程，為同時收和發0－16位，全雙工方式，具體使用見例程注解。注意：很多單片機使用前要對使用的I/O口進行初始化，clk和din為輸出口，dout為輸入口，同時這里使用了前面通過讀－修改－寫宏定義的一個函數GET_BIT（x，y）。 該SPI模塊已經成功應用到單片機與MAX7219和CH451等SPI通信上。 對于沒有擴展位變量的C語言環境，在匯編下沒有對單個位進行位操作執行的MCU，通過位域的方法操作I/O口是最佳的方法，匯編下有單個位的位操作指令MCU。可以嵌入匯編，但是程序的可移植性等性能會下降，建議使用位域的方法。 |
